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手工計算開方的方法

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ID:127437 發表于 2016-6-20 22:22 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
    如果你要計算開方的近似值,不用計算器,你會怎么算呢?如果你一籌莫展,這里有幾種好的方法。
我們以√7的計算為例!7 ≈ 2.64575131106459

1.二分法。
    胡老師介紹過,如:計算√7,我們知道它在2與3之間,

第1次計算,取中點2.5,則2.5^2 = 6.25,知√7在2.5與3之間。
第2次計算,取中點2.75,則2.75^2 = 7.5625,知√7在2.5與2.75之間。
第3次計算,取中點2.625,則2.625^2 = 6.890625,知√7在2.625與2.75之間。
第4次計算,取中點2.6875,則2.6875^2 = 7.22265625,知√7在2.625與2.6875之間。
第5次計算,取中點2.65625,則2.65625^2 = 7.0556640625,知√7在2.625與2.65625之間。
第6次計算,取中點2.640625,則2.640625^2 = 6.972900390625,知√7在2.640625與2.65625之間。
第7次計算,取中點2.6484375,則2.6484375^2 = 7.01422119140625,知√7在2.640625與2.6484375之間。
第8次計算,取中點2.64453125,則2.64453125^2 = 6.99354553222656,知√7在2.64453125與2.6484375之間。
第9次計算,取中點2.646484375,則2.646484375^2 = 7.00387954711914,知√7在2.64453125與2.646484375之間。
第10次計算,取中點2.6455078125,則2.6455078125^2 = 6.99871158599854,知√7在2.6455078125與2.646484375之間。
第11次計算,取中點2.64599609375,則2.64599609375^2 = 7.00129532814026,知√7在2.6455078125與2.64599609375之間。
第12次計算,取中點2.645751953125,則2.645751953125^2 = 7.00000339746475,知√7在2.6455078125與2.645751953125之間。
……(以上計算過程由計算機程序給出……)
原理:二分法。

(優點:簡單;缺點:計算量很大、過于原始、收斂速度非常慢)

2.列豎式開方

      2. 6  4  5
     ____________
    √7.00 00 00
      4
40  ------------  (注:40來自于2*20)
      3 00
      2 76  (40 * 6 + 6^2 = 276)
520  ------------  (520來自于26*20)
        24 00
        20 96 (520 * 4 + 4^2 = 2096)
5280  ------------- (5280來自于264*20)
         3 04 00
         2 64 25 (5280 * 5 + 5^2 = 26425)

        ……
原理:(10a + b)^2 = 100a^2 + 20ab + b^2

    (優點:無需估計區間,可直接計算結果。缺點:后期計算量極大,且方法繁雜,難以進行,易出錯)


3.“公式”法

__      x        k
√k ≈ ----- + ------
         2       2x

其中x是√k 的估計值,k是被開方數。

(這個公式是用微分的線性近似法推導出來的。原本的公式有一個平方的計算,為了避免計算平方,我把分式拆開了。這可能是所有方法中最好的)

例:√7
估 x=2.5 ,則
√7 ≈ 2.5/2 + 7/5 = 2.65     (2.65^2 = 7.0225)
再估 x=2.65,則
√7 ≈ 2.65/2 + 7/5.3 ≈ 2.645754      (2.645754^2 ≈ 7.000014228516)
若再估 x=2.64575,則√7≈2.64575/2 + 7/5.2915 = 2.6457513110649

(2.6457513110649^2 ≈ 7.00000000000171889 ,可以看到,已經非常精確了)

原理:線性近似,作出 y=√x 在估計值x0處的切線,并令Δx=(x-x0),則y(x) ≈ y(x0) + y'(x0) * (x-x0)

(優點:計算非常簡單,收斂速度快,一般計算幾次就可以得到很精確的值;缺點:需要給出估計值)




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